《機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)》PPT課件.ppt

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1、Mechanical Engineering Testing Technique,測(cè)試技術(shù)制作室,目 錄,,緒論 信號(hào)的描述 測(cè)試裝置的基本特性 電阻應(yīng)變片 測(cè)量電橋 電阻應(yīng)變儀 記錄儀器,零件應(yīng)力的測(cè)量 力參數(shù)的測(cè)量 運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量 機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量 電動(dòng)機(jī)電參數(shù)的測(cè)量 誤差分析與數(shù)據(jù)處理,緒 論,測(cè)量是指確定被測(cè)對(duì)象屬性量 值為目的的全部操作。 測(cè)試是具有試驗(yàn)性質(zhì)的測(cè)量， 或者可以理解為測(cè)量和試 驗(yàn)的綜合。,測(cè)試的基本概念,力學(xué)參數(shù)：表明機(jī)器工作負(fù)荷狀況的參數(shù)，力、 力矩、應(yīng)力、電壓等； 運(yùn)動(dòng)參數(shù)：表明機(jī)械運(yùn)動(dòng)規(guī)律的參數(shù)，位移、速 度、加速度等； 電參數(shù)：表明機(jī)器工作

2、負(fù)荷狀況的參數(shù)，電流、 電壓、功率等； 工藝參數(shù)：表明加工工藝條件的有關(guān)參數(shù)，如加 工對(duì)象的加工量、溫度、幾何形狀等。,測(cè)量參數(shù),測(cè)量方法的分類,機(jī)械測(cè)量法 光測(cè)法 電測(cè)法等等,測(cè)試系統(tǒng)的組成,通過(guò)測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生能正確地選用測(cè)試裝置,進(jìn)行各種物理量的測(cè)量； 初步掌握進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)試的方法和技能，為以后的生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)和科學(xué)研究打下一定的基礎(chǔ)。,課程的目的,簡(jiǎn)述測(cè)量參數(shù)的種類。 簡(jiǎn)述測(cè)量方法有哪些？,思考題,信號(hào)的描述,第一章,Description of Signal,信號(hào)：反映被測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)及特性。通過(guò)研究 信號(hào)的內(nèi)在的規(guī)律，可充分認(rèn)識(shí)被測(cè)系統(tǒng)的相互關(guān)系。,信號(hào)的分

3、類 Category of Signal,靜態(tài)信號(hào):指幅值不隨時(shí)間變化或變化極緩慢的信號(hào)。,動(dòng)態(tài)信號(hào):指瞬時(shí)幅值隨時(shí)間變化的信號(hào)。,,周期性信號(hào)是幅值隨時(shí)間作周期性重復(fù)變化，即按一定的間隔時(shí)間T不斷重復(fù)的信號(hào)，數(shù)學(xué)關(guān)系式表示：,非周期信號(hào)又稱作瞬變信號(hào)。是短暫的，可用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示。,確定性信號(hào)確定性信號(hào)的波形隨時(shí)間重復(fù)變化，可以用數(shù)學(xué)關(guān)系式或圖表來(lái)明確描述其隨時(shí)間的變化關(guān)系。,信號(hào),非確定性信號(hào)亦稱作隨機(jī)信號(hào)。不能用確定的數(shù)學(xué)關(guān)系式表達(dá)，用概率和統(tǒng)計(jì)方法描述。,動(dòng)畫(huà)演示,平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào),,非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào),動(dòng)態(tài)信號(hào)的描述,根據(jù)描述信號(hào)的自變量不同可分為 時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào),Descripti

4、on of Dynamic Signal,周期信號(hào)的幅值可以用峰值、均值、有效值以及方差值來(lái)表示。峰值是指信號(hào)可能出現(xiàn)的最大瞬時(shí)幅值；均值是動(dòng)態(tài)信號(hào)在整個(gè)時(shí)域的積分平均；方差是信號(hào)x(t)相對(duì)于其均值變化的均方值。,周期信號(hào)是按一定的間隔時(shí)間T（周期）不斷重復(fù)的信號(hào)，可用數(shù)學(xué)關(guān)系式表示： x(t)=x(tnt) 周期信號(hào)有很多表示形式，如周期性方波、鋸齒波（三角波）等最簡(jiǎn)單的是正弦信號(hào)。,50Hz正弦信號(hào)波形,周期信號(hào),periodic signal,周期信號(hào)的強(qiáng)度,,峰值 ：指信號(hào)可能出現(xiàn)的最大瞬時(shí)幅值,,,均值 ：動(dòng)態(tài)信號(hào)在整個(gè)時(shí)域的積分平均,,,方差 ：信號(hào)相對(duì)于其均值變化的均方值,

5、,有效值 ：是反映信號(hào)功率的大小。 均方值：表示信號(hào)的平均功率。,頻譜是離散的。 每條譜線只出現(xiàn)在基波頻率的整倍數(shù)上。 諧波幅值是隨諧波頻率的增加而減少，諧波的幅值與頻率是成反比的。,周期信號(hào)的頻譜特性,Frequency spectrum characteristic of periodic signal,使被測(cè)物體與傳感器電極之間的極距產(chǎn)生變化，從而形成電容量的變化，實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。是指不隨時(shí)間變化或變化極緩慢的信號(hào)。靜態(tài)不變的信號(hào)只要在被測(cè)端接上某種形式的顯示儀表，由儀表指針可直接反映信號(hào)的幅值。可用數(shù)學(xué)關(guān)系式或圖表來(lái)表示。,靜態(tài)信號(hào),Static Signal,動(dòng)態(tài)信號(hào)的瞬時(shí)幅值是隨時(shí)

6、間變化的。 確定性信號(hào)的特點(diǎn)是信號(hào)的波形隨時(shí)間重復(fù)變化?？捎脭?shù)學(xué)關(guān)系式或圖表來(lái)明確描述其隨時(shí)間的變化關(guān)系。,動(dòng)態(tài)信號(hào),Dynamic Signal,,式中：A為振幅(最大值)；k為彈簧 剛度；m為質(zhì)量；0為初始相位。在此圖中，0=0。,其位移信號(hào)X（t）可 寫(xiě)為：,瞬變信號(hào)是確定性非周期性信號(hào)，如機(jī)械沖擊、碰撞等。 隨機(jī)過(guò)程有平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程和非平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程之分。,瞬變信號(hào),Transient signal,思考題,,信號(hào)的分類。 周期信號(hào)的頻譜特征。,測(cè)試系統(tǒng)及基本特性,第二章,Testing System and Principal Characteristic,組成,試驗(yàn) 裝置,數(shù)據(jù) 處理

7、裝置,測(cè)量 裝置,記錄 顯示,測(cè)試裝置的靜態(tài)特性,靈敏度：當(dāng)測(cè)試裝置的輸入信號(hào)有微小變化時(shí)，引起 輸出信號(hào)發(fā)生微變量，則稱它們的比值為靈敏度。,,線性度：是指測(cè)試裝置的輸入和輸出是否保持線性關(guān)系 線性度=輸出的標(biāo)定值-輸出的理論值/輸出信號(hào)的變化范圍 100%,回程誤差： 在實(shí)際測(cè)試中，在同樣的條件下，當(dāng)輸入信號(hào)大和由大減小的過(guò)程中，測(cè)試裝置會(huì)出現(xiàn)輸入同一個(gè)信號(hào)，而得到不同的兩個(gè)輸出信號(hào),其最大差值稱為回程誤差。,,測(cè)試系統(tǒng)誤差與靈敏度,理想測(cè)試裝置的特性,疊加性 superpositionality 比例性 proportionality 頻率保持性 frequency retentiv

8、ity,傳遞函數(shù): (Transfer function) 在工程測(cè)試中，傳 遞函數(shù)是輸出信號(hào)(時(shí)域)與輸入信號(hào)(時(shí)域)之比。,頻率響應(yīng)函數(shù)：(Frequency response function) 在工程測(cè)試中，頻率響應(yīng)函數(shù)是輸出信 號(hào)（頻域）對(duì)輸入信號(hào)（頻域）之比。,,,,測(cè)試裝置,,,,輸入,輸出,頻率響應(yīng)函數(shù)H（jw）可以用復(fù)指數(shù)來(lái)表示，復(fù)數(shù)的模為測(cè)試裝置的幅頻特性，復(fù)數(shù)的相角為相頻特性。,幅頻特性和相頻特性,,Amplitude and Phase Frequency Characteristic,頻率響應(yīng)法測(cè)量系統(tǒng)特性,動(dòng)畫(huà)演示,一階測(cè)試裝置的頻率響應(yīng)

9、一階測(cè)試的微分方程,,,幅頻特性,相頻特性,,階躍信號(hào):,測(cè)試裝置在 典型輸入下的動(dòng)態(tài)響應(yīng),系統(tǒng)的階躍輸入和響應(yīng),測(cè)試裝置的幅頻特性為常數(shù)。 測(cè)試裝置的相頻特性為線性。,實(shí)現(xiàn)不失真測(cè)試的條件,波形不失真復(fù)現(xiàn),思考題,求周期信號(hào)x(t)=0.5cos10t+0.2cos(100t-450)通過(guò)傳遞函數(shù)H(s)=1/(0.005s+1)的裝置后所得到的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。 把靈敏度為404x10-4pc/Pa的壓電式力傳感器與一臺(tái)靈敏度調(diào)到0.226mV/pc的電荷放大器相接，求其總靈敏度。,第三章,電阻應(yīng)變片,Resistance Strain Gage,概念 結(jié)構(gòu)、組成 工作原理 種類 工作特性,電阻應(yīng)

10、變片：是將被測(cè)試件的機(jī)械量（應(yīng)變）轉(zhuǎn)換成電量（電阻）的一種元件。,模擬演示,覆蓋層：用來(lái)保護(hù)和固定敏感柵。,組成,,,,,敏感柵：由金屬電阻絲構(gòu)成，能 將機(jī)械應(yīng)變轉(zhuǎn)化成電阻變化。,基底：固定保護(hù)敏感柵一般由紙 和有機(jī)聚合物成。,引線：由鎳鉻鋁絲構(gòu)成，用來(lái)從敏感柵引 出電信號(hào)。,,機(jī)械效應(yīng)：金屬導(dǎo)線受力變形，該導(dǎo)線 電阻值隨之變化的物理現(xiàn)象稱為應(yīng)變效應(yīng)。,工作原理,,,,,橫向應(yīng)變,縱向應(yīng)變,電阻變化率與應(yīng)變的關(guān)系:,工作特性,靈敏系數(shù): 是指應(yīng)變片的電阻變化率與試件 應(yīng)變的比值稱為應(yīng)變片的靈敏系 數(shù)。,橫向效應(yīng)：電阻應(yīng)變片由于橫向縮短引起應(yīng) 變片電阻值減小，因此

11、所測(cè)的應(yīng) 變值減小，這種現(xiàn)象稱為橫向效 應(yīng)。,溫度效應(yīng)：溫度變化時(shí)，應(yīng)變片電阻值也發(fā) 生變化，這種現(xiàn)象稱為溫度效應(yīng)。,種類,,絲式應(yīng)變片 敏感柵由高阻值的金屬絲繞成。 箔式應(yīng)變片 敏感柵由高阻值的金屬鉑片經(jīng)光刻腐蝕技術(shù)制成。,半導(dǎo)體應(yīng)變片 由鍺或硅單晶體作為敏感元件制成,,,,,,,,,基底材料的選用 敏感元件材料選用 敏感柵基長(zhǎng)的選用 電阻值的選用 靈敏系數(shù)的選用,,應(yīng)變片的選用,思考題,電阻絲應(yīng)變片與半導(dǎo)體應(yīng)變片在工作原理上有何區(qū)別？各有何優(yōu)缺點(diǎn)？應(yīng)如何根據(jù)具體情況選用？ 把一個(gè)變阻器式傳感器按圖接線，問(wèn)它的輸入量是什么？輸出量是什么？在什么條件下它的輸出量與輸入量之間有

12、較好的線性關(guān)系？,第四章,測(cè)量電橋,,Measurement Bridge,測(cè)量電橋的作用 是將應(yīng)變片的電阻的變化轉(zhuǎn)換成為電壓（或電流）的變化。 測(cè)量電橋的分類,電橋按其電源性質(zhì)的不同可以分為直流電橋(Direct Current Bridge)和 交流電橋(Alernating Current Bridge)。而交流電橋可以用于測(cè)量電阻、電感和電容的變化。,直流電橋,如圖5.1所示。電阻R1,R2,R3,R4作為四個(gè)橋臂，在a、c兩端接入直流電源ui，在b、d兩端輸出電壓u0。電橋的平衡條件：,如圖所示:電阻R1,R2,R3,R4作為四個(gè)橋臂，在a、c兩端接入直流電源ui，在b、d兩端輸出

13、電壓u0。電橋的平衡條件:R1 * R3 = R2 * R4,電橋特性,電橋的加減特性 電橋的溫度補(bǔ)償 電橋的工作橋臂系數(shù),交流電橋,當(dāng)四個(gè)橋臂為電容或電感時(shí)，必須采用交流電橋。,電橋的平衡裝置,電容平衡裝置,電阻平衡裝置,,,常用應(yīng)力測(cè)量的布片和組橋方式:,思考題,,,測(cè)量電橋包括哪幾種？ 什么是測(cè)量的溫度補(bǔ)償？,電阻應(yīng)變儀,第五章,Resistance Strain Gauge,利用電阻應(yīng)變片作為傳感元件來(lái)測(cè)量應(yīng)變的專用電子儀器稱為電阻應(yīng)變儀。,,電阻應(yīng)變儀,Resistance Strain Meter,（按頻率分類） 靜態(tài)電阻應(yīng)變儀 靜動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀（0200Hz） 動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀（

14、01500Hz） 超動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀（幾十千赫茲）,電阻應(yīng)變儀分類,電橋,放大器,相敏 檢波器,振蕩器,穩(wěn)壓 電源,低通 濾波器,組成,包括信號(hào)的調(diào)制，放大和解調(diào)三個(gè)過(guò)程。既低頻的應(yīng)變信號(hào)通過(guò)電橋轉(zhuǎn)換成頻率高的交流信號(hào)，然后送到放大器進(jìn)行放大，最后把放大后的交流信號(hào)輸入至相敏檢波器，并經(jīng)濾波器輸出已放大的原輸入信號(hào)。,工作原理,,,,,動(dòng)態(tài)電阻應(yīng)變儀的原理,,=msint正弦波,振蕩器提供高頻載波電壓u0,,微弱調(diào)幅波信號(hào)u,放大后的調(diào)幅波信號(hào),經(jīng)相敏檢波后的信號(hào),通過(guò)低通濾波器的信號(hào),應(yīng)變儀工作原理信號(hào)波形圖,是指控制高頻振蕩的某個(gè)參數(shù)，使它隨被測(cè)信號(hào)有規(guī)律的變化，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的放大與傳輸。,調(diào)

15、頻,調(diào)幅,調(diào)相,調(diào)制,電阻應(yīng)變儀的調(diào)制,將一個(gè)高頻的正弦信號(hào)與被測(cè)信號(hào)相乘，使高頻信號(hào)的幅值隨著被測(cè)信號(hào)的變化而變化，輸入信號(hào)就存在于調(diào)幅波的包絡(luò)線之中。,,調(diào)幅原理,,無(wú)應(yīng)變： =0 靜態(tài)拉應(yīng)變:u=KUmsint/4 靜態(tài)壓應(yīng)變:u=KUmsin（t+）/4 動(dòng)態(tài)應(yīng)變: u= sint（KmUmsint）/4 靜態(tài)疊加動(dòng)態(tài)應(yīng)： u=sintKum （msint）/4,各種應(yīng)變條件下的調(diào)制情況,,測(cè)量各種應(yīng)變時(shí)電橋輸出的調(diào)幅波形,利用環(huán)形相敏檢波器對(duì)調(diào)幅幅波進(jìn)行鑒別，以便恢復(fù)被測(cè)試件的輸入信號(hào)。,,電阻應(yīng)變儀的解調(diào),,電阻應(yīng)變儀由哪幾部分組成？ 簡(jiǎn)述電阻應(yīng)變儀由哪幾部分組成？,思考題,第六

16、章,記錄儀器,Recording Meter,光線示波器,光線示波器的工作原理 光線示波器的結(jié)構(gòu) 光線示波器的使用要點(diǎn),函數(shù)記錄器 函數(shù)記錄器的特點(diǎn),函數(shù)記錄器,滑線變阻器W1由滑動(dòng)觸頭B將電阻分為兩部分，并接成直流電橋的相鄰兩臂。U0為電橋的供橋電壓，電橋的輸出端接入電表及光線示波器的振子。 這種測(cè)量方法，由于工作方法伴隨著接觸摩擦，會(huì)引起發(fā)熱、磨損及接觸不良，尤其是沖擊或振動(dòng)的環(huán)境下，更易引 起接觸不良。但是，由于這種測(cè)量方法簡(jiǎn)單，測(cè)量裝置輕便并容易制作，若參數(shù)選擇恰當(dāng)，還可獲得較好的線性度。,采用滑線變阻器測(cè)量位移,運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量,采用滑線變阻器測(cè)量位移 電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量位移 電容

17、式傳感器測(cè)量位移,光線示波器的工作原理,動(dòng)畫(huà)演示,光線示波器的工作原理是利用光線來(lái)顯示記錄波形的儀器 ，工作原理如圖：,由光源射出的光線通過(guò)聚光透鏡的會(huì)聚，經(jīng)光柵射到陣動(dòng)子鏡片上，在經(jīng)振動(dòng)子鏡片的反射，通過(guò)聚光透鏡的會(huì)聚，在記錄紙上形成一個(gè)點(diǎn)像。鏡片固定在垂直方向被拉緊的張絲上，張絲和線圈固定在一起，線圈放在恒磁場(chǎng)中。當(dāng)被測(cè)信號(hào)電流通入線圈時(shí)，在電磁感應(yīng)的作用下線圈產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，即鏡片產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，便在記錄紙上形成一條亮線。記錄紙由傳動(dòng)裝置按需要的速度往前移動(dòng)，于是使光點(diǎn)在記錄紙上形成一條與輸入信號(hào)相應(yīng)的且在隨時(shí)間變化的波形曲線。記錄紙用感光材料制成，經(jīng)二次嚗光或顯影、定影即可得到記錄波形 返回,工作

18、原理,光線示波器的結(jié)構(gòu),光學(xué)系統(tǒng) 記錄紙傳動(dòng)系統(tǒng) 時(shí)間指示系統(tǒng) 其它部分,光學(xué)系統(tǒng),光學(xué)系統(tǒng)由聚光透鏡L、反射鏡M及光柵D組成，它包括被測(cè)信號(hào)的記錄光路 （振子光路）、分格光路和時(shí)標(biāo)光路。,光線示波器的使用要點(diǎn),振動(dòng)子的選擇及使用 選擇振動(dòng)子是使用光線示波器中很重要的一個(gè)問(wèn)題，示波器記錄誤差與選用振動(dòng)子是否合理有密切關(guān)系。 頻率的選擇 根據(jù)初步估計(jì)的被測(cè)信號(hào)的頻率選擇振動(dòng)子時(shí)，應(yīng)使振動(dòng)子的工作頻率大于被測(cè)信號(hào)頻率。為了使記錄波形不失真地反映被測(cè)信號(hào)的變化，應(yīng)保證，為被測(cè)信號(hào)頻率，為振動(dòng)子的固有頻率。對(duì)于周期性的矩形波，其高次諧波的振幅，到第51次諧波時(shí)就只有基波的2%了，故必須考慮到51倍的基

19、波頻率。,對(duì)于三角波和梯形波，由于其高次諧波的振幅與諧波次數(shù)的平 方成反比的減小，到第7次諧波的振幅就只有基波的2%了，故 A必須考慮到7倍的基波頻率 對(duì)于沒(méi)有很徒前沿的被測(cè)信號(hào)，一般以10倍基波頻率選擇振動(dòng) 子固有頻率的依據(jù)。 B 靈敏度的選擇 由于振動(dòng)子靈敏度與其固有頻率的平方成反比，因此要兼顧靈 敏度和頻率兩個(gè)方面來(lái)加以選擇。 C 被測(cè)信號(hào)的電流要小于振動(dòng)子最大允許電流 D 應(yīng)保證振動(dòng)子在線性工作最大允許范圍內(nèi)工作，且幅值大小 要合適。 E 振動(dòng)子的內(nèi)阻必須與應(yīng)變儀輸出阻抗相配 當(dāng)使用電磁阻尼振動(dòng)子時(shí)，為了保證振動(dòng)子阻尼度在0.6-0.8 范圍，需考慮振動(dòng)子對(duì)外電阻的要求。,函數(shù)記錄器,

20、函數(shù)記錄器能記錄兩個(gè)被測(cè)量之間的函數(shù)關(guān)系。 X-Y函數(shù)記錄器是一種通用的函數(shù)記錄儀器，可以同時(shí)輸入兩個(gè)具有函數(shù)關(guān)系的變量信號(hào)。記錄時(shí)記錄紙不動(dòng)，記錄筆按函數(shù)關(guān)系沿直角坐標(biāo)系的X軸和Y軸運(yùn)動(dòng)，在記錄紙上可描繪出兩變量間的函數(shù)關(guān)系曲線Y=f(X).被測(cè)量信號(hào)輸入至量限變換裝置進(jìn)行衰減，以適應(yīng)不同的信號(hào)和量程范圍。衰減后的信號(hào)送入測(cè)量電路，該被測(cè)信號(hào)電壓與平衡電位計(jì)的電壓相比較，如果二者不相等，則產(chǎn)生電壓差u.由于差值電壓很微小，需送入調(diào)制放大器進(jìn)行放大，經(jīng)解調(diào)、濾波成直流信號(hào)，并進(jìn)行功率放大。將放大后的信號(hào)輸入給直流伺服電機(jī)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)記錄筆運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行記錄，另一方面電機(jī)也帶動(dòng)平

21、衡電位計(jì)的觸點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，改變平衡計(jì)的電壓，使差值電壓u逐漸減小，直到零時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。,函數(shù)記錄器的特點(diǎn),X--Y函數(shù)記錄器有工作頻率較低、靈敏度高，被測(cè)的信號(hào)電壓范圍大，且具有輸入阻抗高、驅(qū)動(dòng)力大、可進(jìn)行大幅值記錄、能直接描繪函數(shù)等特點(diǎn)。 函數(shù)記錄器可以記錄兩個(gè)變量間的函數(shù)關(guān)系曲線Y=f（X）,多筆式的函數(shù)記錄器還可以同時(shí)記錄幾個(gè)因變量對(duì)同一自變量的函數(shù)關(guān)系曲線，即Y1=f(x)、Y2=f(X)、Y3=f(X),有利于相互對(duì)比和分析。,零件應(yīng)力的測(cè)量,第七章,Measurement of Stress in Machine Members,應(yīng)力(stress),應(yīng)力是重要的機(jī)械量，應(yīng)力狀況

22、可由 某點(diǎn)主應(yīng)力的大小和方向來(lái)表示。,測(cè)量應(yīng)力可以分析研究零件、機(jī)構(gòu)的受載情 況、負(fù)荷水平和強(qiáng)度能力，驗(yàn)證設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果的正確性。,應(yīng)力測(cè)試任務(wù)是正確確定零件主應(yīng)力的大小、方向及分布規(guī)律。,應(yīng)力測(cè)試方法采用電阻應(yīng)變測(cè)量法。,主應(yīng)力方向已知時(shí)的應(yīng)力測(cè)量,為測(cè)量簡(jiǎn)單應(yīng)力狀態(tài)下的主應(yīng)力方向已知的單向應(yīng)力，可采用沿主應(yīng)力方向粘貼電阻應(yīng)變片的方法。,測(cè)量前，要求電橋處于平衡狀態(tài)，無(wú)輸出。測(cè)量時(shí)，電橋應(yīng)愈不平衡愈好，這樣可獲得最大的輸出信號(hào)。組橋的同時(shí)，還需考慮電橋的溫度補(bǔ)償。,,,純彎曲應(yīng)力的測(cè)量,若被測(cè)量零件的橫截面對(duì)中性軸是對(duì)稱的，則零件上下面的最大拉、壓應(yīng)力相等，電阻應(yīng)變片可粘貼在零件的上下兩個(gè)側(cè)面

23、，其布片，組橋的方式有單臂橋、半橋和全橋三種。,思考題,測(cè)試應(yīng)力采用什么方 法？ 什么是主應(yīng)力方向已知時(shí) 的應(yīng)力測(cè)量？,第八章,力學(xué)參數(shù)測(cè)量,Measurement of Force Parameters,機(jī)械設(shè)備的基本參數(shù)是力、扭矩等。 軋制力的測(cè)量 金屬在軋制過(guò)程中，作用在軋輥上的壓力即為軋制力，它是軋機(jī)的基本載荷參數(shù)之一。,軋制力的測(cè)量方法,,,應(yīng)力測(cè)量法,傳感器測(cè)量法,,應(yīng)力測(cè)量法,在軋機(jī)機(jī)座中，凡直接受軋制力的零件，都產(chǎn)生與軋制力相對(duì)應(yīng)的彈性變形，通過(guò)這些零件的彈性變形，可間接測(cè)量出軋制力。軋制時(shí)，機(jī)架的立柱產(chǎn)生彈性變形，其大小與軋制力成正比。,為了測(cè)的拉應(yīng)力，必須把電阻應(yīng)變片粘

24、貼在立柱的中性面0-0上，這樣可消除彎曲應(yīng)力。,機(jī)架立柱上的布片及組成全橋的方式,防止應(yīng)變片的機(jī)械損壞及油、水、蒸汽等介值質(zhì)侵蝕，應(yīng)變片應(yīng)妥善保護(hù)。,傳感器法測(cè)量,軋制力測(cè)量中，直接承受軋制力的測(cè)力傳感器被廣泛應(yīng)用。它與應(yīng)變法相比，傳感器的應(yīng)力水平要高10-20倍，精度及穩(wěn)定性均優(yōu)。 軋機(jī)測(cè)力傳感器應(yīng)安裝在工作機(jī)座兩側(cè)軋輥軸承垂直載荷的傳力線上，通過(guò)測(cè)量?jī)蓚?cè)的軋制分力即可得到總軋制力。軋機(jī)測(cè)力傳感器有電感式、電容式、壓磁式、和電阻應(yīng)變片式等類型。軋機(jī)測(cè)力傳感器，簡(jiǎn)稱壓頭。電阻應(yīng)變片的布片和組橋方案，應(yīng)具有消除偏載、彎矩、扭轉(zhuǎn)、溫度等干擾的特點(diǎn)。,常用的電阻應(yīng)變式軋機(jī)測(cè)力傳感器有壓縮式和剪切式兩

25、種。,壓縮式傳感器 傳感器由彈性元件、上蓋及底盤(pán)組成，安裝在壓下螺絲和上輥軸承座之間。,為保證良好的輸出特性和防止非測(cè)信號(hào)的干擾， 軋機(jī) 測(cè)力傳感器的彈性元件應(yīng)具有較大的徑向尺寸及較小的高度。,扭矩的測(cè)量：由扭矩應(yīng)變來(lái)測(cè)量扭矩,其它扭矩測(cè)量方法：,流體壓力的測(cè)量 流體壓力是指氣體或液體作用于單位面積上的平均法向壓力，也稱壓強(qiáng)。,電阻應(yīng)變式壓力傳感器 膜板式和圓筒式 其原理是利用粘貼應(yīng)變片的膜板或圓筒壁直接承受流體壓力，通過(guò)所產(chǎn)生的應(yīng)變來(lái)測(cè)量其壓力。,膜板式壓力傳感器,結(jié)構(gòu)組成,,外殼,應(yīng)變花,壓緊螺絲,膜板,圓筒式壓力傳感器 是一個(gè)薄壁筒，在它的外表面上，沿圓周方向上粘貼應(yīng)變片

26、（工作片）。薄壁筒的頂端（實(shí)心圓柱部分）無(wú)變形，故在其外表面上，粘貼補(bǔ)償片，它和工作片一起組成單臂工作電橋。,流體壓力傳感器可以用活塞式壓力器或壓力校驗(yàn)泵進(jìn)行標(biāo)定,液體壓力傳感器的標(biāo)定,某些傳動(dòng)件或正在加工的絲、桿、帶等工件，屬于承受張力的撓性件。測(cè)量撓性件張力所采用的測(cè)力傳感器，是以電阻應(yīng)變式、壓磁式和電感式為多。而測(cè)量方法上的基本特點(diǎn)，則主要體現(xiàn)在傳感器的安裝位置及傳力方式上。,撓性件張力的測(cè)量,由于工作中的撓性件大多是運(yùn)動(dòng)的，且往往還要與輥、輪等零件接觸，尤其是對(duì)于在加工的撓性工件，如軋制過(guò)程中帶材張力的測(cè)量，很難直接在撓性件上設(shè)置測(cè)力傳感器，在實(shí)踐中大多把測(cè)力傳感器安裝在被撓性件所包圍

27、的輥、輪等零件的固定支承中進(jìn)行間接測(cè)量。,軋制過(guò)程中帶材張力的測(cè)量,思考題,彈性壓力敏感元件有哪些類型？ 其敏感壓力的原理是什么？ 壓力傳感器的標(biāo)定應(yīng)注意什么？,運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)量,,,Dynamic Parameter measurement,第九章,,電阻式傳感器測(cè)量位移 變阻器式傳感器測(cè)量位移 電感式傳感器測(cè)量位移 可變磁阻式傳感器測(cè)量位移 電容式傳感器測(cè)量位移,轉(zhuǎn)速的測(cè)量 轉(zhuǎn)速測(cè)量方法 光電脈沖法測(cè)量轉(zhuǎn)速 電感傳感器法測(cè)量轉(zhuǎn)速,位移的測(cè)量,本章內(nèi)容,,位移測(cè)量時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的測(cè)量對(duì)象選擇恰當(dāng)?shù)臏y(cè)量點(diǎn)、測(cè)量方向和測(cè)量系統(tǒng)。,Displace measurement,第一節(jié)位移的測(cè)量,

28、種類：變阻器式(電位器式) 電阻應(yīng)變式 固態(tài)壓阻式傳感器,基本原理：是將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換成電阻值的變化,再經(jīng)相應(yīng)的測(cè)量電路,顯示或記錄被測(cè)量值的變化。,Resistance sensor,電阻式傳感器,工作原理：通過(guò)改變電路中電阻值的大小，將物體的位移轉(zhuǎn)換為電阻的變化。常用電位器式傳感器有直線位移型、角位移型和非線性型等。,變阻器式傳感器（電位器式傳感器）,測(cè)量位移、壓力、速度等參量。,適用范圍：,工作原理：基于電磁感應(yīng)原理。它是把被測(cè)量轉(zhuǎn)化為電感量變化的一種裝置。,種類：自感式（包括可變磁阻式與渦流式） 互感式（差動(dòng)變壓器式）,電感式傳感器,組成：線圈、鐵芯及銜鐵,可變磁阻

29、式傳感器,可變導(dǎo)磁面積型、 差動(dòng)型、 單螺管線圈型、 雙螺管線圈差動(dòng)型。,可變磁阻式傳感器的典型結(jié)構(gòu),當(dāng)被測(cè)物體作為一個(gè)電極，有微小的振動(dòng)位移量時(shí)，則就使被測(cè)物體與傳感器電極間的極距產(chǎn)生變化，從而形成電容量的變化，實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。,電容式傳感器capacitive sensor,電容式傳感器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，能實(shí)現(xiàn)非接觸式測(cè)量，對(duì)所測(cè)量物體不施加負(fù)載，且靈敏度高，分辨力好，能檢測(cè)0.01um甚至更小的位移，動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能好。當(dāng)被測(cè)物體（作為一個(gè)位移）有微小的振動(dòng)位移量時(shí)，則就使被測(cè)物體與傳感器電極9之間的極距產(chǎn)生變化，從而形成電容量的變化，實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。,電容式傳感器測(cè)量位移,電阻應(yīng)變式傳感器測(cè)量

30、位移,原理是在彈性元件上粘貼電阻應(yīng)變片，當(dāng)彈性元件受力作用時(shí)，產(chǎn)生彈性變行，此時(shí)應(yīng)變片的阻值也隨之發(fā)生變化。通過(guò)電橋及測(cè)量?jī)x器，即可實(shí)現(xiàn)位移的測(cè)量。最常用的是梁式彈性元件。,位移傳感器、測(cè)量電路、記錄儀器,測(cè)量系統(tǒng)的組成,Rotational Speed Measurement,在電測(cè)中，轉(zhuǎn)速的測(cè)量方法大致可以分為以轉(zhuǎn)速為測(cè)量對(duì)象的直接測(cè)量和以與轉(zhuǎn)速有關(guān)的某一物理量為對(duì)象的間接測(cè)量?jī)纱箢悺?第二節(jié) 轉(zhuǎn)速的測(cè)量,機(jī)械轉(zhuǎn)速表,用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量轉(zhuǎn)速,轉(zhuǎn)速測(cè)量方法,光電傳感器 optical sensor 是一種將被測(cè)物理量變化轉(zhuǎn)換為光量的變化，再通過(guò)光電器件轉(zhuǎn)化為電量的裝置。,光電 器件,光 源,

31、光學(xué) 元件,結(jié)構(gòu)組成,光電脈沖法測(cè)量轉(zhuǎn)速,旋轉(zhuǎn)軸上安裝一多孔圓盤(pán)即黑白光柵。軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，反射光與不反射光現(xiàn)象交替出現(xiàn)，光電元件間斷接收光的反射信號(hào)，并輸出間斷 電信號(hào)。再經(jīng)過(guò)放大、整形電路輸出方波信號(hào)。,測(cè)試原理,光電傳感器原理圖,光電效應(yīng)：物體在光照射下 釋放電子的現(xiàn)象。 發(fā)射光纖發(fā)出的光投射到被測(cè)物體上，物體又將部分光通過(guò)接收光纖反射回光敏管上，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)輸出。,帶光纖式光電傳感器,被測(cè) 對(duì)象,傳 感 器,測(cè)量 電路,顯示 記錄,采集 處理,,,旋 轉(zhuǎn) 單 元,光 電 傳 感 器,,,計(jì) 數(shù) 器,動(dòng) 態(tài) 信 號(hào) 分 析 儀,輸 入 信號(hào),輸出信號(hào),,,光電脈沖式轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng) m

32、easurement system,光電脈沖式轉(zhuǎn)速測(cè)試系統(tǒng),將旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速變?yōu)橄鄳?yīng)頻率的電脈沖，測(cè)出脈沖 的頻率，由公式可得到轉(zhuǎn)速值： ：每秒鐘產(chǎn)生的脈沖數(shù) ：開(kāi)孔圓盤(pán)孔數(shù),計(jì)算公式,,電感傳感器 inductive sensor 是一種將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換為電感量變化的裝置。,電感式轉(zhuǎn)速測(cè)量,,,探頭 （線圈）,,變換器 （測(cè)量電路）,結(jié)構(gòu)組成,電感傳感器,,金屬導(dǎo)體置于變化磁場(chǎng) 中或在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生閉合的感應(yīng)電流流線，像流水中的旋渦一樣，故稱電渦流。,工作原理,,電感式轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng),在被測(cè)軸上安裝一多孔圓盤(pán)，當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，傳感器與金屬圓盤(pán)發(fā)生電磁感應(yīng)，經(jīng)測(cè)量電路處理后形

33、成與軸轉(zhuǎn)速成比例的脈沖信號(hào)，再送入數(shù)字顯示器或分析儀進(jìn)行顯示、記錄。,測(cè)試原理,在零件輸送線上，可對(duì)零件進(jìn)行計(jì)數(shù),轉(zhuǎn)速測(cè)量的應(yīng)用,,監(jiān)控齒輪過(guò)低速 或超高速狀態(tài),轉(zhuǎn)速測(cè)量系統(tǒng)組裝實(shí)驗(yàn),試述光電傳感器的工作原理。 試述電感傳感器轉(zhuǎn)速測(cè)量的測(cè)試原理。,思考題,第十章,機(jī)械振動(dòng)的測(cè)量,Mechanical Vibration Measurement,振動(dòng)三要素,幅 值,相 位,頻 率,,振動(dòng)物體的基本參數(shù)的測(cè)量,振動(dòng)物體的動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量,機(jī)械振動(dòng)的種類,處理輸入、輸出和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性三者的關(guān)系。,輸入、輸出和系統(tǒng),振動(dòng)研究的內(nèi)容,振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng) 所組成的原理方框圖,簡(jiǎn)諧振動(dòng) ：質(zhì)量塊在單自由度作無(wú)

34、阻尼的振動(dòng)。,機(jī)械振動(dòng)的基本理論知識(shí),,單自由度有阻尼的自由振動(dòng),質(zhì)量塊受力產(chǎn)生的受迫振動(dòng),作用在質(zhì)量上的力所引起的有阻尼強(qiáng)迫振動(dòng),,基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的受迫振動(dòng),振動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的測(cè)量 振動(dòng)系統(tǒng)阻尼度的測(cè)量 振動(dòng)系統(tǒng)質(zhì)量和剛度的測(cè)量,機(jī)械振動(dòng)基本參數(shù)的常用測(cè)量方法,是對(duì)試件施加某種預(yù)定要求的激振力，激起試件產(chǎn)生激勵(lì)振動(dòng)的裝置。 常用的激振器有電動(dòng)式激振器 電磁式激振器,,激振器,,,電動(dòng)式激振器,,電磁激振器,,說(shuō)明振動(dòng)測(cè)量?jī)x的工作原理。 簡(jiǎn)述測(cè)量系統(tǒng)固有頻率的方法。,思考題,第十一章,電參數(shù)的測(cè)量,Measurement of Electric Parameters,直流

35、電參數(shù)測(cè)量的特點(diǎn),振子的端部對(duì)地具有較高電壓，因此導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)、接線端子等都應(yīng)具有可靠的絕緣。,直流電參數(shù)不能采取變壓器原理進(jìn)行電位隔離，測(cè)量線路又與主回路直接接通，因此將直流的高電位引入測(cè)量線路中。,交流電壓、電流的測(cè)量,電表測(cè)量法 光線示波器振動(dòng)子測(cè)量法 變送器測(cè)量法,由于交流電信號(hào)是隨時(shí)間周期變化的電量，若用振子直接進(jìn)行示波記錄，則波形所占記錄的紙寬為直流信號(hào)的兩倍，所示的波形猶如一條寬黑帶，故在測(cè)量交流電參數(shù)時(shí)，希望將交流電信號(hào)線性地轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，然后進(jìn)行波形記錄。各種類型的交流變送器，能實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。,交流變送器測(cè)量法,當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)的電壓、電流及功率等電參數(shù)隨時(shí)間迅速變化時(shí)，普通的電

36、工儀表慣性較大，不適用。此時(shí)，常采用低慣性的光線示波器振動(dòng)子來(lái)測(cè)量。,直流電機(jī)電參數(shù)的測(cè)量,直流電壓、電流的測(cè)量,光線示波器振動(dòng)子測(cè)量法 直流電參數(shù)測(cè)量的特點(diǎn)、操作要點(diǎn) 變送器測(cè)量法,直流電壓的測(cè)量,U=0.8I（R1+R2+r） 電壓信號(hào)由電樞C、D兩端引出。在現(xiàn)場(chǎng)可以把振子直接串接在電壓表上，進(jìn)行直流電壓的測(cè)試。,振子記錄直流電壓原理圖,,直流電流的測(cè)量,直流電流信號(hào)可由分流器（FL）的A、B兩點(diǎn)引出。直流電流的測(cè)量可轉(zhuǎn)化為分流器兩端電壓降的測(cè)量。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，電流表是并接在分流器上的，可以把振子并接在電流表上，進(jìn)行電流測(cè)試。,振子記錄直流電流原理圖,,直流電參數(shù)測(cè)量的操作要點(diǎn),選用靈敏度

37、較高的振子，減少限流電阻的發(fā)熱。 測(cè)量回路必須用測(cè)量電壓大于電樞最高工作電壓的兆歐表進(jìn)行對(duì)地、參數(shù)間的絕緣測(cè)定。 保證電壓與電流振子同電位，可避免振子間的擊穿。,將直流高壓電位予以隔離，即在測(cè)量?jī)x器與供電系統(tǒng)之間設(shè)置某種隔離環(huán)節(jié)。各類直流電壓、電流變送器就是用于直流供電系統(tǒng)中隔離輸入與輸出的中間環(huán)節(jié)，以達(dá)到安全測(cè)量的目的。,直流變送器測(cè)量法,電隔離的原理：將直流信號(hào)調(diào)制成交流信號(hào)，可采用能隔離直流電位的變壓器進(jìn)行電隔離傳輸信號(hào)，從而達(dá)到電隔離的目的。,直流電壓變送器,直流電壓變送器原理方框圖,,分 壓 器,調(diào) 制 器,,,正反饋,,,放大,振蕩,,,電隔離,檢波器,,,輸入,輸出,負(fù)反饋,,分

38、 壓 器,調(diào) 制 器,,,正反饋,,,放大,振蕩,,,電隔離,檢波器,,輸入,輸出,,,由一臺(tái)直流毫伏變送器將分流器上引出的微弱信號(hào)放大到伏特級(jí)后，用一臺(tái)直流電壓變送器進(jìn)行電隔離輸出。,直流電流變送器原理方框圖,,直流電流變送器,,輸入,分 流 器,,直 流 毫 伏 變 送 器,,調(diào) 制 器,振蕩,,,放大,,電隔離,檢波器,,,輸出,正反饋,負(fù)反饋,直流電機(jī)功率測(cè)量,一般測(cè)量電動(dòng)機(jī)的電樞電流I及電樞電壓U，按公式計(jì)算W：,W=IU10-3（kW）,在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)中，均用分壓箱（應(yīng)變儀配用儀器），不必計(jì)算R值，分壓箱的輸入端與電壓互感器的次級(jí)線圈想接，其輸出端直接與振子想接即可。,,光線示波器振動(dòng)

39、子測(cè)量法,交流電壓測(cè)量接線圖,,交流電流屬于必測(cè)的電參數(shù)之一。被測(cè)的電流值很大，必須使用電流互感器TA。為使流過(guò)振子的電流小于振子的額定電流值，必須用分流電阻R，可用應(yīng)變儀配用儀器的分流箱代之。,交流電流測(cè)量接線圖,光線示波器振動(dòng)子測(cè)量法,,被測(cè)交流電信號(hào)通過(guò)電壓互感器TV降壓后，采用橋式電路進(jìn)行全波整流，經(jīng)濾波電容C濾去輸出中的交流成分，可在輸出端輸出1mA的電流信號(hào)和5v的電壓信號(hào)。由交流電壓變送器輸出的直流信號(hào)，接入示波器的振子，即可進(jìn)行交流電壓的波形記錄。,交流電壓變送器,交流電流變送器原理與交流電壓變送器原理大致相同，區(qū)別在于前者增加一個(gè)補(bǔ)償電路。它由四個(gè)二級(jí)管及電阻組成。目的是補(bǔ)償

40、非線性誤差。,交流電流變送器,動(dòng)態(tài)測(cè)量交流電機(jī)的功率，可采用示波器功率振動(dòng)子測(cè)量法。 交流功率變送器測(cè)量法是把被測(cè)的三相有功功率量變換成與功率成正比例的直流電流量或直流電壓量，該變換器即為三相功率變送器。將直流輸出信號(hào)接入示波器的振子，即可進(jìn)行示波記錄。,交流電機(jī)功率測(cè)量,思考題,直流電動(dòng)機(jī)電參數(shù)的測(cè)量方法。 交流電動(dòng)機(jī)電參數(shù)的測(cè)量方法。,第十二章,誤差分析 與數(shù)據(jù)處理,Error Analysis and Data Processing,誤差的基本概念,測(cè)量誤差：是指某被測(cè)量的實(shí)測(cè)值與其真實(shí)值的差別。,偏 差：是指測(cè)量值與平均值之差。 真 值：是指在一定條件下，某個(gè)物理量的實(shí)際值。,絕對(duì)

41、誤差：某一量所測(cè)得的值和真值之差。 相對(duì)誤差：表示某一量的測(cè)量值偏離真值的程度,,,誤差的表示方法,,誤差的分類,按原因分類,系統(tǒng) 誤差,隨機(jī) 誤差,過(guò)失 誤差,精度: 高低用誤差來(lái)衡量，誤差小則精 度高，誤差大則精度低。,準(zhǔn)確度：反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差的影響程度。,精密度：反映測(cè)量結(jié)果中隨機(jī)誤差的影響程度。,精確度：反映測(cè)量結(jié)果中系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤 差綜合的影響程度。,系統(tǒng)誤差的分類,按系統(tǒng)誤差的性質(zhì)分類,,按系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因分類,設(shè)備誤差,環(huán)境誤差,實(shí)驗(yàn)方法誤差,,人員誤差,固定誤差,累進(jìn)誤差,周期性誤差,變化規(guī)律復(fù)雜的誤差,系統(tǒng)誤差的消除,在測(cè)量工作之前進(jìn)行 對(duì)稱消除法 補(bǔ)償消除法 合理選擇實(shí)驗(yàn)方案法 校正消除法 修正消除法,隨機(jī)誤差的特性,在測(cè)試過(guò)程中，系統(tǒng)誤差和過(guò)失誤差一般是可以修正或在測(cè)量時(shí)給以消除。,單峰性 對(duì)稱性 有界性 抵償性,思考題,誤差的概念及其種類。 隨機(jī)誤差的特性有哪些？,自測(cè)題,為了鞏固學(xué)過(guò)的知識(shí)，進(jìn)行下面的測(cè)驗(yàn)。,